(57)【要約】【課題】部品等のばらつきによって生じる開閉動作のばらつきを調整して出荷することができ、煩雑な監視回路が不要で安価に製作でき且つ非常に安定した開閉性能を有する開閉装置を提供することにある。【解決手段】信号処理回路１２に設けた遅延時間設定手段１２ｂは、リレー部１１の接点部１１ｂを開極／閉極させる負荷用交流電源４のゼロクロス点近傍の前記所定電圧のタイミングと接点部１１ｂの開極／閉極動作のタイミングとの時間差が所定範囲内となるように遅延時間を調整する調整手段１５を具備している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉動作の指令を出力するコントローラと、負荷用交流電源電圧が所定の電圧になったことを検出したときに検出信号を出力する電圧検出手段と、前記指令と前記検出信号により閉極／開極動作を決定して動作信号を出力する信号処理手段と、該信号処理回路からの動作信号により駆動される電磁石装置及び前記負荷用交流電源と前記負荷との間に挿入され該電磁石装置の動作と連動して開極／閉極する接点部とからなる開閉手段とを有し、
前記信号処理手段には前記検出信号の入力から一定の遅延時間を持たせ、前記負荷用交流電源電圧のゼロクロス点近傍の所定電圧にて前記接点部を開極／閉極させるように電磁石装置の駆動を遅延させる遅延時間設定手段とを備え、
該遅延時間設定手段には、前記接点部を開極／閉極させる前記ゼロクロス点近傍の前記所定電圧のタイミングと前記接点部の開極／閉極動作のタイミングとの時間差が所定範囲内となるように前記遅延時間を調整する調整手段を具備していることを特徴とする開閉装置。
【請求項２】
前記遅延時間設定手段には、前記接点部の開極時、閉極時の各遅延時間を各別に調整する調整手段を具備していることを特徴とする請求項１記載の開閉装置。
【請求項３】
前記調整手段で調整される前記遅延時間は、前記時間差と前記接点部のバウンス時間とに基づいて決定されることを特徴とする請求項１又は２記載の開閉装置。
【請求項４】
前記調整手段で調整される遅延時間は、前記電圧検出手段の検出信号の出力から商用周波数である５０Ｈｚと６０Ｈｚの半波時間の公倍数となるタイミングを基準として設定されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか記載の開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相制出回路により接点開閉を所定の電圧位相で行うことができる位相制御方式の開閉装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、突入電流によるリレーの接点部の溶着を防止するための手段として、リレーが開閉する負荷の電圧位相又は電流位相を検出することにより所定の電圧位相又は電流位相（ゼロクロス点近傍）にて開閉動作を行わせるように制御する方法（いわゆる位相制御方式）がある（例えば特許文献１）。
【０００３】
例えば電圧位相検出回路を設け、その出力を信号処理回路へ送り、一定の遅延時間を設けてリレーを動作させることによりゼロクロス点近傍にて接点部の開閉を行わせるものである。しかし、リレーの動作時間にはサンプル毎のばらつき（部品ばらつき、電磁石装置のばらつき等）があるため、全てを同じ遅延時間とすると開閉位相にずれが生じて溶着してしまうことがある。
【０００４】
このためリレーの動作監視回路により前記ずれ量を開閉の都度測定し、次の開閉時の遅延時間を調整する方法が考えられている（例えば特許文献２）。
【特許文献１】特開昭６１−５１７２０号公報
【特許文献２】特開平７−２３１４８６号公報（添付図面の図１，図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記の特許文献２に示される構成では、開閉の都度接点部の開閉時間を計測するには、絶縁回路を含め非常にコストがかかり煩雑な監視回路が必要となってしまうとい問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは部品等のばらつきによって生じる開閉動作のばらつきを調整して出荷することができ、煩雑な監視回路が不要で安価に製作でき且つ非常に安定した開閉性能を有する開閉装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、請求項１の発明では、開閉動作の指令を出力するコントローラと、負荷用交流電源電圧が所定の電圧になったことを検出したときに検出信号を出力する電圧検出手段と、前記指令と前記検出信号により閉極／開極動作を決定して動作信号を出力する信号処理手段と、該信号処理回路からの動作信号により駆動される電磁石装置及び前記負荷用交流電源と前記負荷との間に挿入され該電磁石装置の動作と連動して開極／閉極する接点部とからなる開閉手段とを有し、
前記信号処理手段には前記検出信号の入力から一定の遅延時間を持たせ、前記負荷用交流電源電圧のゼロクロス点近傍の所定電圧にて前記接点部を開極／閉極させるように電磁石装置の駆動を遅延させる遅延時間設定手段とを備え、
該遅延時間設定手段には、前記接点部を開極／閉極させる前記ゼロクロス点近傍の前記所定電圧のタイミングと前記接点部の開極／閉極動作のタイミングとの時間差が所定範囲内となるように前記遅延時間を調整する調整手段を具備していることを特徴とする。
【０００８】
請求項１の発明によれば、調整手段により遅延時間を調整することができるため、部品等のばらつきによって生じる個々の開閉動作のばらつきを調整して出荷することができ、そのため開閉装置間の動作のばらつきが少なくて安定した開閉性能が得られ、しかも開閉動作を常時監視する監視回路が不要で安価に製作できる開閉装置を提供できる。
【０００９】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記遅延時間設定手段には、前記接点部の開極時、閉極時の各遅延時間を各別に調整する調整手段を具備していることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明によれば、接点部の閉極時と、開極時の動作時間の違いに併せて夫々に適した遅延時間を得ることができ、そのため閉極時及び開極時とも安定した開閉性能が得られ、結果閉極時の突入電流の抑制や、開極時のアーク放電の抑制を確実に図れる開閉装置を提供することができる。
【００１１】
請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、前記調整手段で調整される前記遅延時間は、前記時間差と前記接点部のバウンス時間とに基づいて決定されることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明によれば、閉極時の接点部のバウンス現象によって生じるアーク放電を抑制することが可能なゼロクロス点より前の位相での接点部の閉極が得られるように遅延時間の調整ができる。
【００１３】
請求項４の発明では、請求項１乃至３の何れかの発明において、前記調整手段で調整される遅延時間は、前記電圧検出手段の検出信号の出力から商用周波数である５０Ｈｚと６０Ｈｚの半波時間の公倍数となるタイミングを基準として設定されることを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明によれば、負荷用交流電源の周波数が５０Ｈｚと６０Ｈｚの何れであっても安定した開閉性能を得ることができ、しかも特別は周波数判別回路等が不要であるため安価に製造できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、調整手段により遅延時間を調整することができるため、部品等のばらつきによって生じる個々の開閉動作のばらつきを調整して出荷することができ、そのため開閉装置間の動作のばらつきが少なくて安定した開閉性能が得られ、しかも開閉動作を常時監視する監視回路が不要で安価に製作できる開閉装置を提供できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明を実施形態により説明する。
（実施形態１）
図１は本実施形態の構成を示しており、本実施形態の開閉装置１は、接点開閉機構を駆動する有極の電磁石装置１１ａ及び電磁石装置１１ａが励磁駆動される度に接点開閉機構を通じて連動し、その状態を反転させる接点部１１ｂとからなるリレー部１１と、外部に設けたコントローラ２からの指令信号及び後述の検出信号を入力して動作信号を出力するマイクロコンピュータからなる信号処理回路１２と、この信号処理回路１２からの開極／閉極の動作信号を受けて電磁石装置１１ａを励磁駆動するリレードライブ回路１３と、負荷３に対して接点部１１ｂを介して接続される負荷用交流電源４の電圧が所定電圧となるゼロクロス点近傍の位相を検出し、信号処理回路１２の機能として設けられた周波数判別部１１ａに検出信号を出力する電圧検出回路１４と、信号処理回路１２の機能として設けられた遅延時間設定部１２ｂの遅延時間の調整を行うため調整手段１５と、内部の回路へ動作電源を交流電源４から得て供給する電源部（図示せず）から構成され、装置には負荷３を接続する対の負荷端子と、負荷用交流電源４を接続する対の電源端子を備えるとともに負荷端子と電源端子間を電路で接続している。そして一方の電路に上記の接点部１１ｂを挿入しているのである。
【００１７】
リレー部１１の電磁石装置１１ａは例えば励磁電流の方向が切り替わる度に接点開閉機構の状態を反転させ、その状態を励磁電流が無くなっても永久磁石の磁力で保持するもので、接点開閉機構を通じて接点部１１ｂを励磁の度に状態を反転させ開極／閉極させるようになっている。
【００１８】
リレードライブ回路１３は信号処理回路１２からの動作信号を受け取ると、先の動作時の励磁方向とは反対の励磁方向に励磁する励磁電流を電磁石装置１１ａに流すようになっており、これにより接点部１１ｂを反転させるのである。
【００１９】
調整手段１５は、例えば回転型の可変抵抗器により抵抗を変えることで出力電圧レベルを変え、その電圧レベルを調整量とし遅延時間設定部１１ｂに与えるようになっている。      
【００２０】
勿論ディップスイッチ部のスイッチの切り換えることで、調整量を電圧レベル値として与えるようにしても良い。
【００２１】
而して本実施形態の開閉装置１では、内部回路に動作電源が供給されると、負荷用交流電源４が所定電圧となる位相に対応して電圧検出回路１４からは検出信号が出力され、一方信号処理回路１２では図２（ａ）に示すようにステップＳ１で、遅延時間設定部１２ｂが調整手段１５の調整状態を読み込み、また周波数判別部１２ａが電圧検出回路１４の検出信号に基づいて電源周波数を判別する（図２（ａ）ステップＳ２）。そして遅延時間接点部１２ｂは調整手段１５の調整状態と電源周波数とに基づいて遅延時間を設定する処理を行う（図２（ａ）のステップＳ３）。そしてこれら判別・処理後、コントローラ２からの指令信号の入力待ち状態に入る（図２（ａ）のステップＳ４）。  
【００２２】
次にコントローラ２より指令信号が信号処理回路１１に入力され、且つ入力後に電圧検出回路１４から検出信号が信号処理回路１２に入力される（図２（ａ）のステップＳ５）と、その検出信号の入力タイミングから信号処理回路１２は上述のように設定された遅延時間後に動作信号をリレードライブ回路１３に出力し、それによりリレー部１１の電磁石装置１１ａを励磁駆動して接点部１１ｂを反転させる。この反転して開極若しくは閉極するタイミングが使用する負荷用交流電源４のゼロクロス点近傍の所定電圧のタイミングとなる。
【００２３】
次に、遅延時間設定部１１ｂで設定される遅延時間の調整は当該開閉装置１が組み立てられ、出荷される前に行われる。この遅延時間の調整について図２（ｂ）に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００２４】
まず図２（ｂ）のステップＳ１で組み立て完成した調整対象の開閉装置１に対してその調整手段１５の調整を仮の遅延時間ｔに対応して行う（図２（ｂ）のステップＳ２）。また負荷用交流電源４の電圧と、接点部１１ｂの開閉状態を知るために接点部１１ｂの両端電圧とを観察するためにオシロスコープ等の測定装置を接続する。
【００２５】
次に負荷用交流電源４を電源端子間に接続し且つ負荷端子に負荷３を接続し、この状態で内部の回路の電源部をオン状態とする（図２（ｂ）のステップＳ３）。
【００２６】
これにより信号処理回路１２の遅延時間設定部１１ｂは調整手段１５の状態及び周波数判別部１１ａの判別した電源周波数から仮の遅延時間ｔを仮設定する。
【００２７】
このような準備後、図２（ｂ）のステップＳ４でコントローラ２より指令信号を信号処理回路１２へ入力させると、指令信号の入力後の最初のゼロクロス点から遅延時間設定部１１ｂで設定された遅延時間経過時点で動作信号をリレードライブ回路１３へ出力し、リレー部１１の電磁石装置１１ａを励磁駆動する。この励磁駆動に連動して接点部１１ｂが反転動作する。ここで初期状態が開極状態にあるとすると、接点部１１ｂは閉極することになる。
【００２８】
ここで接点部１１ｂの閉極タイミングとして突入電流を抑制できるゼロクロス点やその近傍の所定位相（交流電源４の電圧が所定電圧となるタイミング）に設定することを当該開閉装置１の仕様としているとすると、接点部１１ｂの両端電圧が閉極によって０Ｖとなる閉極完了タイミングを測定装置で計測し（図２（ｂ）のステップＳ５）と、更にそのタイミングと負荷用交流電源４の電圧が上記の所定電圧となるタイミングの測定して両タイミングの時間差Δｔを計測する（図２（ｂ）のステップＳ６）。この時間差Δｔが略ゼロとなるように遅延時間を調整するための調整量Δαを決定し（図２（ｂ）のステップＳ７）、この決定された調整量Δαだけ調整手段１５を操作して調整する（図２（ｂ）のステップＳ８）。ここで調整手段１５に用いる可変抵抗器は時間差Δｔに相関を持たした回転量によって調整量αに対応する抵抗値が設定されるようになっており、調整作業者（調整装置）は決定された調整量Δαに対応する回転量だけ可変抵抗器の操作軸を回転させることで、調整することができることになる。
【００２９】
この調整によって当該開閉装置１は仕様通りの開閉動作が得られ、完成品として出荷できることになる（図２（ｂ）のステップＳ９）。尚可変抵抗器による調整状態が出荷後に容易に変えられないように、可変抵抗器の操作軸を隠したり固定することが好ましい。
【００３０】
而して出荷された開閉装置１を実際に使用する際には、電源部よりに動作電源が供給された時点（図２（ｂ）のステップＳ１０）で信号処理回路１２の遅延時間設定部１２ｂは調整手段１５の調整量Δαを読み込み（図２（ｂ）のステップＳ１１）、その調整量Δαに基づいてΔαに相当するΔｔの時間分遅延時間を調整する。即ち遅延時間をｔ＝ｔ−Δｔと設定するのである（図２（ｂ）のステップＳ１２）。これにより接点部１１ｂの開極タイミングは負荷用交流電源４のゼロクロス点やその近傍に対応した目標の位相にほぼ一致することになり、開極時に突入電流が流れるのを抑制できることになる。
【００３１】
尚上述の仮の遅延時間ｔに対応する調整手段１６の調整位置は製品間のばらつき範囲の中央値とすることで、調整量Δαを小さくすることができる。
【００３２】
尚上記の遅延時間は接点部１１ｂを開極させる際の遅延時間として用いられる。
（実施形態２）
ところで接点部１１ｂは開極状態から閉極に至るまで可動接点と固定接点との間の距離があるため、比較的長い動作時間となるが、一方接点部１１ｂが開極時にはアーク発生時間を短くして接点消耗を低減するためにゼロクロス直前が適し、且つ開極動作の時間は可動接点ばねのオーバートラベル量（ＯＴ量）のみのであるので、比較的動作時間が短くなる。そのため開極動作時と閉極動作時の遅延時間を実施形態１のように同じとするよりも、夫々に異ならせることが好ましい。また部品ばらつきについても影響する部品が異なるため製品間のずれも開極、閉極の何れかで異なることも考えられる。
【００３３】
このように点に対応するために、本実地形態では図３に示すように調整手段を閉極用調整手段１５ａ，と開極用調整手段１５ｂとを設け、夫々において調整できるようにした点に特徴がある。尚その他の構成は実施形態１と同じであるので同じ構成要素には同じ符号を付す。
【００３４】
而して本実施形態では、組み立て後における閉極動作に対応する遅延時間の調整は図２（ｂ）のフローチャートで示す実施形態１と同じように行うが、開極動作に対応する遅延時間の調整は図４に示すフローチャートに沿って行う。この場合、ステップＳ１〜Ｓ７までの手順は図２（ｂ）のステップＳ１〜Ｓ７までは基本的に同じであるが、ステップＳ２では、閉極動作の遅延時間ｔ１及び開極動作の遅延時間ｔ２の仮設定のために調整手段１５ａ、１５ｂを夫々仮設定のために製品間のばらつき範囲の中央値に設定する。
【００３５】
そしてステップＳ７にて開極動作に対応する調整量Δα１を決定した後、ステップＳ８でコントローラ２から開極のための指令信号を信号処理回路１２へ入力する。これに応じて電圧検出回路１４の検出信号の入力を基に信号処理回路１２は仮の遅延時間ｔ２後に動作信号をリレードライブ回路１２へ出力して、リレー部１１の電磁石装置１１ａを励磁駆動し、接点部１１ｂを閉極状態から開極させる。ここで接点部１１ｂの開極の完了タイミングを計測し(ステップＳ９）、負荷用交流電源４の電圧が所定電圧となるタイミングとのずれの時間差Δｔ２を計測する（ステップＳ１０）。この時間差Δｔ２に基づいて調整手段１５ｂの調整量Δα２をステップＳ１１で決定する。この決定後、次のステップＳ１２で各調整手段１５ａ、１５ｂを夫々に対応する調整量Δα１，Δα２に対応させて実施形態１の場合と同様に調整する。この調整が完了することで、ステップＳ１３において製品として出荷することができることになる。出荷後のステップＳ１４〜Ｓ１６は実際に使用する際のステップであって図２（ｂ）のステップＳ１０〜Ｓ１２に相当することになるが、ステップＳ１５では各調整手段１５ａ，１５ｂの調整状態を信号処理回路１２の遅延時間設定部１２ｂが読み込み、ステップＳ１６で閉極動作用の遅延時間（ｔ１＝ｔ１−Δｔ１）と閉極動作用の遅延時間（ｔ２＝ｔ２−Δｔ２）を夫々設定する。
【００３６】
尚、実際の動作時に接点部１１ｂの閉極動作か開極動作かを判別して遅延時間を選択設定する必要があるが、例えば接点部１１ｂの状態と連動する補助接点を設け、その補助接点信号を信号処理回路１２に入力して信号処理回路１２が遅延時間を選択するようにすれば良い。
【００３７】
以上のように本実施形態では、遅延時間を開極動作と、閉極動作とに夫々個別に設定することができるため、開極特性と、閉極特性に対応した遅延時間を設定することができ、結果目標の電圧位相において接点部１１ｂを閉極／開極させることができ、安価に安定した動作特性が得られることになる。
（実施形態３）
リレー部１１の接点部１１ｂで閉極時に流れる突入電流によって起きる接点溶着は、閉極時に可動接点が固定接点に最初に近づく際に生じるアークの先行放電現象と、その後閉極した可動接点がバウンスして微小開極し再閉極されるときに生じるアークとに起因する。つまり電圧のゼロクロス点で閉極しても接点バウンスが大きい場合にはバウンス後の再閉極のタイミングがゼロクロス点より離れた位相となるため、突入電流が大きくなり、接点溶着を起こす恐れがある。
【００３８】
本実施形態は接点部１１ｂのバウンス現象に対応させるために、閉極のタイミングをゼロクロス点より前のゼロクロス点近傍で設定することで、バウンスが起きてもゼロクロス点の近傍の低電圧位相で再閉極されるようにし、突入電流による溶着が起きにくくした点に特徴がある。
【００３９】
尚実施形態の構成は実施形態１又は２の構成を用いるため、ここでは構成の図示を省略し、組み立て後の遅延時間調整について図５のフローチャートにより説明する。
【００４０】
図５のステップＳ１〜Ｓ４は図２（ｂ）のステップＳ１〜Ｓ４と同じであるが、ステップＳ５は、接点部１１ｂの最初の閉極のタイミングと、バウンスが起きて再閉極されるタイミングとを夫々計測する。
【００４１】
そしてステップＳ６では負荷用交流電源４の電圧が所定電圧となるタイミングと各タイミングとのずれを計測してその時間差Δｔ１０、Δｔ１１を夫々求める。
【００４２】
そして、そしてステップＳ７ではステップＳ６で求めた時間差情報から得られる最適なずれ時間△ｔ３（ここでは分かり易く△ｔ３＝〈△ｔ１０＋△ｔ１１）／２とする）を考慮した調整量Δαを決定する。
【００４３】
ステップＳ８ではこの決定した調整量Δαに基づいて調整手段１５を調整することで、接点バウンスによる溶着も考慮した遅延時間（ｔ＝ｔ−Δｔ３）を設定することができる得られ、ステップＳ９で開閉装置１を出荷することができることになる。
【００４４】
尚ステップＳ１０〜Ｓ１２は図２（ｂ）のステップＳ１０〜Ｓ１２に相当しているが、ステップＳ１２では調整手段１５から読み込んだ調整量Δαに基づいて遅延時間設定部１２は遅延時間（ｔ＝ｔ−Δｔ３）を設定する。
【００４５】
以上のように本実施形態では接点部１１ｂのバウンスを考慮した遅延時間を設定することができ、バウンスに起因する接点溶着が起きる恐れを低減した安定な動作特性を持つ開閉装置２が得られることになる。
（実施形態４）
本実施形態は、周波数が５０Ｈｚの商用電源と６０Ｈｚの商用電源の何れにも対応できるようにしたものである。つまり図６に示す５０Ｈｚの電源電圧Ａのゼロクロス点とゼロクロス点との間の時間、つまり半波時間は１０ｍｓであるに対して６０Ｈｚの電源電圧Ｂの半波時間は、８．３ｍｓであって、両者では異なっている。従って所定の電圧となる位相で接点部１１ｂを閉極するために一定の遅延時間を与える際に５０Ｈｚのゼロクロス点を基準とした場合、６０Ｈｚでは、例えば半波で１．７ｍｓ分のずれが生じてしまう。
【００４６】
そこで本実施形態では、５０Ｈｚでの半波時間１０ｍｓと６０Ｈｚの半波時間８．３ｍｓとの公倍数となる５０ｍｓ時点を基準として遅延時間ｔを設定するようにした点に特徴がある。
【００４７】
而してこの５０ｍｓ時点となるゼロクロス点近傍の所定の時間Δｔだけずれたタイミングで接点部１１ｂを閉極させる場合には、遅延時間ｔを、（５０ｍｓ−リレー部１１の動作時間Ｔ−Δｔ）に設定すれば電源周波数に関わらず、所定の電圧で閉極することができる。
【００４８】
この場合△ｔの時間に合わせているため、実際には同じ電圧となる位相が若干ずれるが△ｔは通常半波時間に比べ小さいく設定するため、そのずれは無視できるものである。例えば仮に、Δｔを１ｍｓとした場合，５０Ｈｚでは１８０×（１／１０）度、６０Ｈｚでは１８０×（１／８．３）度となる。
【００４９】
このようにすると信号処理回路１２内に周波数判別部１２ａを備える必要が無くなる。
【００５０】
これはマイクロコンピュータを用いずに信号処理回路１２を構成する場合、煩雑になる周波数判別回路が不要なため、開閉装置１として非常に安価に製作できるのである。
【００５１】
尚実施形態１〜３での何れかの方法を利用して遅延時間ｔは装置個々のリレー部１１の動作時間Ｔのばらつきによって調整されているのは無論である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施例１の回路構成図である。
【図２】実施形態１の動作説明用フローチャートであって、（ａ）は通常動作時のフローチャート、（ｂ）は遅延時間調整過程を含むフローチャートである。
【図３】実施形態２の回路構成図である。
【図４】実施形態２の遅延時間調整過程を示す動作説明用フローチャートである。
【図５】実施形態３の遅延時間調整過程を示す動作説明用フローチャートである。
【図６】実施形態４の原理説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  開閉装置
１１  リレー部
１１ａ  電磁石装置
１１ｂ  接点部
１２  信号処理回路
１２ａ  周波数判別部
１２ｂ  遅延時間設定部
１３  リレードライブ回路
１４  電圧検出回路
１５  調整手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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